以現(xiàn)場(chǎng)生產(chǎn)過程為依據(jù)，在實(shí)踐中摸索和總結(jié)經(jīng)驗(yàn)，基于某商用車車型后圍外板，通過Autoform有限元分析軟件建立拉延仿真模型，并根據(jù)仿真模擬的分析結(jié)果制定了后圍外板開裂、隱裂和褶皺質(zhì)量缺陷的解決方案，提供了一種通過拉延筋的微調(diào)修磨解決質(zhì)量問題的快捷便利新方法。

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在當(dāng)前商用車領(lǐng)域，針對(duì)生產(chǎn)過程中出現(xiàn)的質(zhì)量問題，技術(shù)人員需要對(duì)模具的維修方案進(jìn)行反復(fù)研討、論證、調(diào)試和試生產(chǎn)，特別是對(duì)于開裂、隱裂和褶皺等產(chǎn)品型面變化及外觀類問題，由于問題產(chǎn)生原因的復(fù)雜性和沖壓行業(yè)本身的特點(diǎn)，主要依賴于技術(shù)人員在生產(chǎn)實(shí)踐中長(zhǎng)期積累的經(jīng)驗(yàn)，如果經(jīng)驗(yàn)與實(shí)際出現(xiàn)偏差，就會(huì)造成大量人力、財(cái)力和物力的浪費(fèi)，大大延長(zhǎng)了生產(chǎn)周期。隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)、仿真技術(shù)的發(fā)展和應(yīng)用，目前廣泛采用的塑性成形理論、數(shù)值分析技術(shù)、沖壓技術(shù)和計(jì)算機(jī)技術(shù)為分析沖壓成形過程提供了更直觀、更便利的方法，為直觀快捷地查找沖壓質(zhì)量問題原因、解決沖壓產(chǎn)品關(guān)鍵質(zhì)量問題提供了可能。

1. 沖壓拉延工序常見缺陷及原因分析

大型外覆蓋沖壓件拉延工序成形形狀很復(fù)雜，通常延周成形深度較大，內(nèi)部存在較多造型、加強(qiáng)筋等，由于成形面積大、成形深度不同，內(nèi)部型面很大程度上依賴于材料塑性變形，對(duì)材料成形性能有較高要求。此外，由于成形深度深、形狀復(fù)雜，容易出現(xiàn)制件翹曲變形、表面擦（拉）傷、拉裂及褶皺等質(zhì)量缺陷。

2. 仿真分析模型的建立與驗(yàn)證

（1）拉延筋布置 在沖壓成形中，為了限制板料的流動(dòng)，需要設(shè)置各種形狀的拉延筋。Autoform中不需要建立實(shí)際的拉延筋有限元模型，而是采用一些曲線來模擬拉延筋行為，當(dāng)板料流過時(shí)，施加拉延筋阻力。本文采用等效拉延筋方式（見圖1），在分析時(shí)可以很方便地調(diào)整拉延筋阻力，節(jié)省分析時(shí)間，分析完成后再根據(jù)相應(yīng)的拉延筋阻力系數(shù)來確定真實(shí)拉延筋的幾何形狀。

圖1　等效拉延筋方式示意

（ 2 ）仿真分析模型的建立 某商用車車型后圍外板CAD模型如圖2所示，依據(jù)此模型建立仿真分析模型。根據(jù)生產(chǎn)中的實(shí)際情況，設(shè)定壓邊力為165t，摩擦系數(shù)為0.17，拉延筋設(shè)置為阻力系數(shù)0.65的均勻拉延筋，板料尺寸為2530mm×1 800mm×0.9mm，材料為寶鋼 DC04-0.9-Q/BQB403，沖壓材料的特性見表1。其他采用默認(rèn)設(shè)置，未進(jìn)行優(yōu)化。初步模擬的后圍外板仿真分析模型如圖3所示，模擬完成之后，重新打開設(shè)計(jì)文件即可看到模擬結(jié)果，點(diǎn)擊視圖界面的進(jìn)度條可清楚查看拉延過程中每一瞬時(shí)的成形情況。

圖2　后圍外板CAD模型

表1　沖壓材料特性

圖3　后圍外板仿真分析模型

初步模擬結(jié)果中出現(xiàn)的開裂如圖4所示，實(shí)際生產(chǎn)中出現(xiàn)的開裂如圖5所示。成形極限圖（見圖6）用不同顏色表示零件的成形情況，點(diǎn)擊不同顏色區(qū)域可以定位到當(dāng)前零件處于該顏色所代表的狀態(tài)的位置，從而直觀地了解板料在沖壓過程中材料的流動(dòng)情況，方便根據(jù)所產(chǎn)生的問題進(jìn)行修模或調(diào)整參數(shù)。

圖4　初步模擬結(jié)果中的開裂

圖5　實(shí)際生產(chǎn)中的開裂

圖6　初步模擬成形極限圖

3. 拉延筋的改良及仿真分析

在圖4所示后圍外板初步模擬結(jié)果中，不但出現(xiàn)了與實(shí)際生產(chǎn)中相符合的開裂缺陷，而且可以看出零件的上側(cè)和右側(cè)存在張拉不充分的現(xiàn)象，張拉不充分會(huì)使零件的剛度降低。當(dāng)兩種問題同時(shí)存在時(shí)，是無法只通過對(duì)模具的整體調(diào)節(jié)（調(diào)整壓邊力、改變模具與板料的摩擦系數(shù)等）來排除缺陷的，必須調(diào)整拉延筋，才有可能排除這兩種缺陷。

Autoform仿真模擬為局部位置的拉延筋處理提供了一個(gè)有效的方法來較直觀地判斷處理效果，同時(shí)也為處理過程提供了方法依據(jù)。設(shè)置拉延筋比增大壓邊力的調(diào)整更加靈活，可以根據(jù)需要設(shè)置拉延筋形狀及阻力系數(shù)，如圖7所示。合適的拉延筋狀態(tài)是沖壓件拉延工序產(chǎn)品質(zhì)量狀態(tài)得到保證的重要前提。

圖7　調(diào)整后的拉延筋形狀及阻力系數(shù)

調(diào)整拉延筋各段阻力系數(shù)后，再次進(jìn)行仿真模擬，得到的結(jié)果如圖8所示。從新的模擬結(jié)果及過程動(dòng)畫中可以看出，拉裂缺陷消除，零件各部分的進(jìn)料速度趨于均勻，張拉不充分的面積明顯消失，零件的強(qiáng)度得到了提高，成形過程中的起皺消失，說明該調(diào)整是合理的。

圖8　拉延筋調(diào)整后的模擬結(jié)果

4. 拉延筋改良的現(xiàn)場(chǎng)操作

將圖7中拉延筋的形狀及阻力系數(shù)應(yīng)用在實(shí)際模具上，拉延筋分布位置如圖9所示。根據(jù)阻力系數(shù)的不同確定各位置拉延筋高度。

圖9　拉延筋分布位置

模型仿真結(jié)果如圖10所示，存在開裂問題。在成形過程中開裂位置材料流動(dòng)阻力過大，導(dǎo)致材料塑性變形因超過其延伸率而造成開裂。由于開裂位置成形結(jié)構(gòu)復(fù)雜，成形深度較深，該位置壓邊圈垂直于材料流動(dòng)方向設(shè)置有阻力系數(shù)為0.5的均勻拉延筋，拉延筋對(duì)材料法向產(chǎn)生流動(dòng)阻力，該法向阻力是影響材料流動(dòng)性的重要因素。根據(jù)分析，開裂位置所需材料由區(qū)域A材料流動(dòng)補(bǔ)充，由于該區(qū)域受到的拉延筋阻力過大，造成材料因流動(dòng)性差而出現(xiàn)開裂。減小區(qū)域A拉延筋阻力系數(shù)會(huì)增加材料在該區(qū)域的流動(dòng)性，產(chǎn)品開裂狀態(tài)會(huì)有所改善。根據(jù)分析，減小該位置仿真模型拉延筋阻力系數(shù)至0.35。在仿真模型拉延筋優(yōu)化改善的位置采用降低拉延筋高度的方法進(jìn)行處理，利用砂輪機(jī)對(duì)后圍外板對(duì)應(yīng)位置的拉延筋進(jìn)行打磨，降低其高度。處理前模具拉延筋為四周整體拉延筋，測(cè)得區(qū)域A拉延筋高度為6.3mm，調(diào)整后區(qū)域A的高度為5.0mm，減小了材料拉延成形時(shí)對(duì)應(yīng)位置的流動(dòng)阻力。

圖10　模型仿真結(jié)果

模型拉延筋阻力系數(shù)優(yōu)化調(diào)整后，再次進(jìn)行仿真模擬，成形極限圖如圖11所示，材料厚度分析如圖12所示，成形性分析如圖13所示。分析結(jié)果，安全區(qū)域、張拉不充分區(qū)域、壓縮區(qū)域和增厚區(qū)域面積總體變化不大，表明拉延筋局部位置的調(diào)整對(duì)產(chǎn)品件其他區(qū)域成形狀況影響不大。

圖11　調(diào)整后的成形極限圖

圖12　材料厚度分析

圖13　成形性分析

根據(jù)仿真結(jié)果，對(duì)局部位置拉延筋阻力系數(shù)進(jìn)行優(yōu)化后，開裂位置狀態(tài)顯著好轉(zhuǎn)（見表2）。由表2可看出，開裂面積變小，由0.04%下降為0.02%，產(chǎn)品件變薄的面積也由0.06%下降至0.02%，部分位置由開裂轉(zhuǎn)變?yōu)殚_裂風(fēng)險(xiǎn)，表明區(qū)域A拉延筋阻力系數(shù)對(duì)后圍外板開裂問題存在一定的影響，減小該位置拉延筋阻力可以有效改善開裂問題。

根據(jù)圖12所示材料厚度分析圖，除開裂位置以外，仍存在其他局部位置變薄面積較大的狀況，對(duì)于變薄位置需要控制其面積占比，盡量減小變薄面積，并將其對(duì)應(yīng)位置納入質(zhì)量控制文件作為重點(diǎn)監(jiān)控點(diǎn)。由于過多減小局部拉延筋阻力系數(shù)存在造成延周其他位置材料堆積的風(fēng)險(xiǎn)，所以區(qū)域A仿真模擬拉延筋阻力系數(shù)優(yōu)化為0.35，開裂問題的持續(xù)改善通過調(diào)整其他影響因素進(jìn)行處理。根據(jù)仿真模擬結(jié)果，現(xiàn)場(chǎng)模具維修可以對(duì)區(qū)域A拉延筋進(jìn)行處理，減小拉延筋高度、增大拉延筋R角，從而減小該位置拉延筋對(duì)材料的法向流動(dòng)阻力。

5. 結(jié)語(yǔ)

拉延筋對(duì)沖壓產(chǎn)品件拉延成形過程特別是對(duì)產(chǎn)品開裂、褶皺的發(fā)生和抑制有重要影響。尤其是在因產(chǎn)品成形深度較深、成形受力復(fù)雜等容易出現(xiàn)局部開裂、減薄等缺陷的風(fēng)險(xiǎn)位置，可以通過靈活調(diào)整拉延筋的狀態(tài)調(diào)節(jié)材料流動(dòng)性，保證材料成形過程中的流動(dòng)穩(wěn)定性，保證產(chǎn)品質(zhì)量。此外，在模具維護(hù)和拉延工序質(zhì)量控制過程中，對(duì)拉延筋的處理也是重要手段。但由于對(duì)拉延筋打磨、焊補(bǔ)及造型處理等需要較長(zhǎng)時(shí)間，并且拉延筋處理后可能造成難以預(yù)知的狀況，所以在實(shí)際操作中對(duì)拉延筋的處理要非常謹(jǐn)慎，大范圍調(diào)整拉延筋狀態(tài)不是生產(chǎn)過程中處理問題的首選，局部靈活調(diào)整、充分驗(yàn)證是拉延筋狀態(tài)調(diào)整的合理方式。

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